
БЕЗОПАСНОСТЬ
Оригинальная статья
УДК 622.272:516.02 © С.В. Черданцев, П.А. Шлапаков, С.И. Голоскоков, Д.Н. Батраков, В.В. Колыхалов, 2021
ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online)
• Уголь № 7-2021 /1144/
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2021-7-27-32
Название
Определение параметров и толщины фронта дефлаграционного
процесса в газовоздушных смесях горных выработок
Авторы
Черданцев С.В., доктор техн. наук, главный научный сотрудник АО «НЦ ВостНИИ», 650002, г. Кемерово, Россия, e-mail: svch01@yandex.ru
Шлапаков П.А., канд. техн. наук, заведующий лабораторией АО «НЦ ВостНИИ», 650002, г. Кемерово, Россия, е-mail: shlapak1978@mail.ru
Голоскоков С.И., канд. техн. наук, заведующий лабораторией АО «НЦ ВостНИИ», 650002, г. Кемерово, Россия, е-mail: s.goloskokov@nc-vostnii.ru
Батраков Д.Н., заведующий лабораторией АО «НЦ ВостНИИ», 650002, г. Кемерово, Россия, e-mail: vostnii-bvr@yandex.ru
Колыхалов В.В., заместитель заведующего лабораторией АО «НЦ ВостНИИ», 650002, г. Кемерово, Россия, е-mail: x77kem@mail.ru
Аннотация
В процессе работы очистных и проходческих комплексов на угольных шахтах образуется пыль, а из отбитого угля выделяется метан. Смешиваясь с воздушными потоками в атмосфере горных выработок метан и пыль образуют газо- и пылегазовоздушные смеси, которые предрасположены к химическому реагированию, проявляющемуся в форме дефлаграции или детонации, что в условиях угольных шахт может привести к очень серьезным авариям. В данной работе рассматривается некоторый гипотетический дефлаграционный процесс в газовоздушной смеси горной выработки. Найдены параметры смеси за фронтом химической реакции и вычислена его толщина. Построены графики зависимостей параметров смеси от безразмерной координаты в пределах толщины фронта и выявлены закономерности распределения параметров газовоздушной смеси по толщине фронта.
Ключевые слова
Горные выработки, газовоздушные смеси, законы сохранения массы, импульсов и энергии, показатель адиабаты Пуассона, числа Маха и Дамкелера, законы Аррениуса и Менделеева-Клапейрона.
1. Большинский М.И., Лысиков Б.А., Каплюхин А.А. Газодинамические явления в шахтах. Севастополь: Вебер, 2003. 284 с.
2. Зыков В.С. О механизме формирования выбросоопасной ситуации в очистном забое угольной шахты // Маркшейдерский вестник. 2016. № 5. С. 44–48.
3. Черданцев Н.В. Об одном подходе к расчету выброса угля из газоносного пласта, вмещающего геологические нарушения // Безопасность труда в промышленности. 2019. № 8. С. 13–18.
4. Определение параметров суфлярных выделений газа из угольного пласта в горные выработки / С.В. Черданцев, Н.В. Черданцев, Ли Хи Ун и др. // Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. 2017. № 1. С. 26–33.
5. Анализ
процесса выгорания грубодисперсных пылегазовоздушных смесей, движущихся в воздушных
потоках горных выработок / С.В. Черданцев, Ли Хи Ун, Ю.М.
Филатов и др. // Химическая физика и мезоскопия. 2017. № 4. С. 513–523.
6. Combustion of fine dispersed
dust-gas-air mixtures in underground workings / S.V. Cherdantsev, L.H. Un,
Y.M. Filatov et al. // Journal of Mining Science. 2018. Vol. 54. Is. 2. P.
339–346.
7. Kurlenya M.V., Skritsky V.A. Methane Explosions and Causes of Their Origin in Highly Productive Sections of Coal Mines // Journal of Mining Science. 2017. Vol. 53. Is. 5. P. 861-867.
8. Bykovskii F.A., Zhdan S.A., Vedernikov E.F. Continuous detonation of methane/hydrogen-air mixtures in an annular cylindrical combustor // Combustion, Explosion, and Shock Waves. 2018. Vol. 54. Is. 4. P. 472-481.
9. Ershov A.P., Rubtsov I.A. Detonation of low-density explosives // Combustion, Explosion, and Shock Waves. 2019. Vol. 55. Is. 1. P. 114–120.
10. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука, 1987. 502 с.
11. Бартльме Ф. Газодинамика горения. М.: Энергоиздат, 1981. 280 с.
12. Овсянников Л.В. Лекции по основам газовой динамики. Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003. 336 с.
13. Вукалович М.П., Новиков И.И. Термодинамика: Учебное пособие для вузов. М.: Машиностроение, 1972. 672 с.
14. Денисов Е.Т., Саркисов О.М., Лихтенштейн Г.И. Химическая кинетика: Учебник для вузов. М.: Химия, 2000. 568 с.
Иллюстрации
Изменение концентрации, давления, плотности (а) и температуры (б)
газовоздушной смеси по толщине фронта реакции в дефлаграционном процессе
Для цитирования
Определение параметров и толщины фронта дефлаграционного процесса в газовоздушных смесях горных выработок / С.В. Черданцев, П.А. Шлапаков, С.И. Голоскоков и др. // Уголь. 2021. № 7. С. 27-32. DOI: 10.18796/0041-5790-2021-7-27-32.
Информация о статье
Поступила в редакцию: 30.03.2021
Одобрена рецензентами: 28.05.2021
Принята к публикации: 15.06.2021
РЕЦЕНЗИЯ
на статью: «Определение параметров и толщины фронта дефлаграционного процесса в газовоздушных смесях горных выработок», авторы: Черданцев С.В., Шлапаков П.А., Голоскоков С.И., Батраков Д.Н., Колыхалов В.В.
Рецензент
Тайлаков О
Подземная разработка угольных
месторождений, особенно на больших глубинах, как правило, сопровождается
термодинамическими процессами, как в угольных массивах, так и в атмосфере
горных выработок
В отличие от классической
модели дефлаграционного процесса, в рецензируемой статье обсуждается его не
классическая модель, при построении которой авторы учитывают не только
изменение концентрации горючей смеси при протекании химической реакции за
линией фронта, но учитывают и его толщину
В процессе реализации модели
авторы статьи получили соотношения, связывающие давление, плотность и
температуру смеси с ее основными газодинамическими параметрами: числом Маха,
показателем адиабаты Пуассона и числом Дамкелера
Особого внимания заслуживает полученная
авторами формула, позволяющая вычислить толщину фронта реакции в
дефлаграционном процессе, а также построенные на базе формулы графики
зависимостей параметров газовоздушной смеси вдоль толщины фронта дефлаграции
На основе анализа графиков
авторы установили, что давление и плотность смеси уменьшаются, а ее
температура, наоборот, существенно возрастает по мере удаления от линии
фронта вглубь зоны реакции
Статья «Определение параметров и толщины фронта дефлаграционного процесса в газовоздушных смесях горных выработок» является актуальной и рекомендуется для публикации журнале «Уголь».